JP2003166056A

JP2003166056A - プラズマスパッタリング薄膜形成方法及び成膜装置

Info

Publication number: JP2003166056A
Application number: JP2002206085A
Authority: JP
Inventors: Shotaro Tomoma; 昌太郎友眞; Shigeyuki Ishii; 成行石井
Original assignee: HORIE GLASS KK; Toyama Prefecture
Current assignee: HORIE GLASS KK; Toyama Prefecture
Priority date: 2001-09-21
Filing date: 2002-07-15
Publication date: 2003-06-13

Abstract

(57)【要約】【課題】大面積の結晶化膜、高緻密膜の薄膜を基板上
に堆積するプラズマ支援スパッタリング薄膜形成方法及
び成膜装置を提供する。【解決手段】マグネトロンを用いたプラズマスパッタ
リング装置内に、薄膜を堆積する基板の進行方向と直角
方向すなわち基板幅の両側に複数対のマイクロ波アンテ
ナを配置して、基板表面上に基板幅の両側からマイクロ
波を放射して基板表面近傍に支援プラズマを形成する。
複数の磁石から成るマグネット配列を基板の下側に配置
して、基板表面近傍の支援プラズマが形成される領域に
プラズマ閉じ込め用のアーチ状ミラー磁場を形成させ、
マグネット配列を基板横方向に振動して、基板表面のア
ーチ状磁場の有効強度を高くし、且つ、大面積の面に亘
ってその支援プラズマの基板幅方向の均一性を達成す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、プラズマスパッタ
リングによる薄膜形成方法及び成膜装置に関し、特にプ
ラズマ増強領域を有するスパッタリングによる大面積の
薄膜形成方法及び成膜装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】シート状の基板面に光学薄膜等の機能性
薄膜を工業的に連続成膜するプロセスとして、ＷＥＴ法
（Ｓｏｌ−Ｇｅｌ法）、ＣＶＤ法及びＰＶＤ法の三方式
が工業用プロセスとして実用化されている。これらのプ
ロセスのうち、薄膜の組成、膜の層数及び基板材質の種
類により最適な方式が選択されている。

【０００３】基板サイズが大面積（例えば、１ｍ×２ｍ
以上）の工業的連続生産の場合は、大面積における膜品
質の均一性、多層膜を実現することの容易性、及び基板
加熱を要しない等の理由により、実用プロセスとして
は、ＰＶＤ法のうちのマグネトロンスパッタリング方式
が標準プロセスとして用いられている。この方式は、許
容温度上限の厳しいプラスチック基板の場合にも、唯一
の実用的な連続的成膜プロセスである。この標準的なス
パッタリング連続成膜プロセスは、数々の部分的な改良
がなされ、その結果、大面積全域にわたる膜品質の均質
性と、高速度の成膜、即ち、生産性とに関して現在市場
で要求される多くの薄膜の成膜プロセスとしての技術的
要求を十分に満たすものとなっている。

【０００４】しかし、この標準的なプロセスも、新しい
機能膜、例えば、大面積のＴｉＯ₂−ＳｉＯ₂系光活性
シート材（ガラス基板、プラスチック基板）や、耐候性
に優れ低コストで生産可能な大面積無反射プラスチック
材等の成膜の形成には実用性に問題がある。前者のシー
ト材にはアナターゼ形の結晶構造をもつＴｉＯ₂膜、後
者のプラスチック材には、より緻密な構造を有する膜が
要求されている。これまでも、マグネトロン磁場の改良
（アンバランストマグネトロン）が行われたが、ＴｉＯ
₂膜の場合、その膜構造はアモルファスであり、基板を
３５０℃以上に予熱するか、成膜工程の後で更に二次的
な４５０℃以上の加熱プロセスを追加しなければ結晶構
造を有する薄膜を得ることはできない。また、プラスチ
ック基板（例えば、ＭＭＡ基板）上に成膜された無反射
膜の耐候性は、ガラス基板上に成膜された無反射の耐候
性に比較してかなり劣るものである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】前述した、マグネトロ
ンスパッタリング方式の利点を有し、更に、膜構造の改
質（結晶化、緻密化、内部応力のコントロール）機能を
追加する大面積連続成膜プロセスの実用化が要望されて
いる。

【０００６】典型的な成膜環境（典型的な走行基板とス
パッタリングカソード、アノードの配置）において、膜
構造の改質を行うために、基板表面近傍のプラズマ密度
を１０³〜１０⁴倍に増強し成膜直前で飛来分子（原
子）を高内部エネルギーレベルに励起すると、その際、
プラズマ密度の温度の上昇はイオン衝撃となって、逆に
膜構造を劣化させる問題がある。

【０００７】従って、本発明は、プラズマ密度を増強す
るだけではなく、そのレベル、密度の空間的分布（基板
との幾何学的関係）などを最適化し、且つ、これらを精
密に制御して、基板を予熱することなく結晶化、緻密化
が達成できる装置及び方法を得ようとするものである。

【０００８】更に、本発明は、現在、実用化されている
インライン・マグネトロンスパッタリング装置に組合み
込んで使用できるＥＣＲ（電子サイクロトロン共鳴）プ
ラズマ支援のスパッタリング薄膜製造装置及び方法を提
供するものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】基板上に薄膜を形成する
従来のマグネトロンプラズマスパッタリング方式の成膜
環境に適合するように、特別に設計されたアンテナを使
用するマイクロ波ＥＣＲプラズマ源と、アーチ状ミラー
磁場とを組み合わせたプラズマ支援方式により、基板近
傍空間のプラズマ密度を数桁増強するための支援プラズ
マを形成する。

【００１０】そのため、複数の特殊配列の磁石から成る
マグネット配列（磁石バンク）を基板の一方の側に配置
して、基板の他方の側の表面近傍に磁力線がアーチ状に
なるようにミラー磁場を形成してシート状のプラズマ保
持領域を作る。加えて、基板の進行方向と直角方向すな
わち基板幅の両側であって、好ましくは基板の上記他方
の側の表面より離れた位置に一対又は複数対の特殊マイ
クロ波アンテナを配置して、上記基板の進行方向と直角
方向の両側から基板の上記他方の側の表面近傍にマイク
ロ波を放射して上記領域に電子サイクロトロン共鳴プラ
ズマを発生させ、これを上記領域に保持して補強支援プ
ラズマを形成する。好ましくは、このマグネット配列を
基板の幅方向に振動（周期的に運動）させ、その振動の
周期と振幅を調節して、基板の上記他方の側の表面のア
ーチ状磁場の有効強度を高くし、且つ、大面積の面に亘
ってその支援プラズマの基板幅方向の均一性を達成す
る。

【００１１】特開平６−２２０６３１号公報、特開平６
−４５０９３号公報及び特開平７−１８３０９８号公報
には、マグネトロンの磁界とマイクロ波との協働による
ＥＣＲを利用するスパッタリング装置が開示されてい
る。これらはいずれも、基板に面する側のターゲット面
とは反対側のターゲット面上に磁石を有し、かつ基板に
面する側のターゲット面の近傍にマイクロ波が照射され
て、該ターゲット面の近傍にＥＣＲ領域が形成されるも
のである。

【００１２】これに対して、本願発明は、上記のように
ターゲット面近傍ではなく、基板の薄膜が形成される表
面近傍にＥＣＲ領域が形成され、そこに補強支援プラズ
マが形成されるのである。これを達成するために磁石
は、ターゲットに面する側とは反対側の基板面近傍に配
置され、かつマイクロ波は、ターゲットに面する側の基
板面近傍に放射されるのである。一実施態様において、
放射されたマイクロ波は、基板の進行方向と直角方向、
即ち、ターゲットの長手方向に長い距離に亘りビーム状
に伝播し、ビーム状の電磁場を形成する。この電磁場
が、ターゲットに面する側とは反対側の基板面近傍に配
置された磁石により形成されるアーチ状ミラー磁場と協
働して、ターゲットに面する側の基板面近傍に「長い距
離をカバーするシート状プラズマ」を形成するのであ
る。本発明では、かかる構成を採ることにより、上記の
従来技術では到底達成することができなかったところの
上記本発明の効果、即ち、大面積連続成膜を達成し得る
と共に、膜構造の改質（結晶化、緻密化、内部応力のコ
ントロール）をなし得るのである。

【００１３】

【発明の実施の形態】図１は本発明によるスパッタリン
グ装置の構造の一例を示すものである。図２は、スパッ
タリングシステムに用いられる従来方式のスパッタリン
グ装置構造を示すものである。図１及び図２において、
装置は真空チャンバー内に配置される。ＴＰはマグネト
ロンターゲット３表面近傍に生じるＴプラズマを表し、
ＳＰは本願発明によって基板１の表面近傍に生じるＳプ
ラズマ（支援プラズマ）を表す。図示のように、従来の
スパッタリング装置ではマグネトロンカソード２の磁石
３近傍のみに強いプラズマ領域（ＴＰ）が存在するが、
本発明の装置では基板表面近傍にも強いプラズマ領域
（ＳＰ）が生成する。

【００１４】図２に示す従来のスパッタリング装置の構
成要素の他に、図１に示す本発明の装置に追加する構成
要素は、マイクロ波放射用ヘリカルアンテナＡ１〜Ａ４
及びＡ５〜Ａ８、アンテナへの電力供給用マイクロ波用
導波管４、マイクロ波電源（図示せず）、アーチ状ミラ
ー磁場を生成するためのマグネット配列５、マグネット
配列を基板横方向に振動するための駆動装置Ｋ₁、Ｋ₂、
プラズマ強度のモニターとその制御を目的とするＳＰプ
ラズマ制御用機器（図示せず）がある。ヘリカルアンテ
ナＡ１〜Ａ４及びＡ５〜Ａ８は、基板に平行に基板横方
向の両側にそれぞれ対にして配列されたアンテナ列で、
基板表面上にプラズマ発生用のマイクロ波を導入するた
めのものである。これらアンテナ及びマグネットの配列
構成については後述する。搬送ロール６は基板を搬送す
るためのものである。また、マグネット配列を基板幅方
向に振動するための駆動装置を設けて、マグネット配列
を基板幅方向に振動することもできる。マグネット配列
を基板幅方向に振動させる振幅は０〜１００ｍｍ、振動
周期は０〜０．５Ｈｚであり、振動モード（振動波形）
は三角波形、正弦波形等の任意の形状にすることができ
る。

【００１５】本発明においては、上記のように基板を真
空チャンバー内に略水平に搬送し得るほか、基板を真空
チャンバー内に略垂直乃至垂直から２０度傾いた状態で
搬送することもできる。好ましくは、基板は略垂直に搬
送される。この場合においても、同様に上記の図１及び
図２の説明が適用される。基板を垂直に搬送する方法は
公知であり、例えば、垂直にされた基板の上端近傍の表
面を両側から一対のロールで複数箇所において挟み付
け、かつ基板の下端を複数のロール上に載せて、これら
ロールを回転せしめることにより搬送する方法、及び基
板を搬送用の枠内にセットして、枠上部をチェーンで吊
るし枠下端を複数のロール上に載せて、チェーンを移動
することによりロールを回転せしめて搬送する方法等が
挙げられる。

【００１６】図３は現在、実用化されている基板水平搬
送型のインライン・マグネトロンプラズマスパッタリン
グシステムの一例を模式的に示すものである。合計１２
基のスパッタリング装置が基板の進行方向に直列に配列
されている。ゾーン１乃至４の各ゾーンに３基のスパッ
タリング装置が配列されている。現在のドライプロセス
による薄膜機能材製品の膜構成は多くの場合多層膜であ
り、それぞれの膜は、ゾーン１乃至４に設置された各ス
パッタリング装置を通過する過程で逐次積層され多層膜
構造となる。一般的に多層膜の中に、特定の膜機能やそ
の性能を左右する重要な役を担う層が存在する。例え
ば、光触媒膜としては、アナターゼ結晶化したＴｉＯ₂
光活性膜であり、耐候性が高くかつ機械的強度の大きな
機能膜としては、高緻密なＳｉ₃Ｎ₄膜である。そのよう
な高機能膜層を形成するために、本発明の装置を例えば
ゾーン３内に設置する。

【００１７】図４は、基板横方向片側に配置したヘリカ
ルアンテナＡ１〜Ａ４の配列構成の例を示すものであ
る。ヘリカルアンテナとして、特公平７―５０８４４号
公報記載のようなものを用いて、マイクロ波を高い放射
効率で基板表面上に沿って放射して、高密度プラズマを
基板表面近傍に生成することができる。図１及び図４に
示すアンテナＡ１〜Ａ８は例示的に示したもので、基板
表面に沿って基板近傍にプラズマを高密度に発生できる
ものであれば、アンテナの形状、数及び配列の仕方はこ
れに限定されない。

【００１８】本装置で用いられるマイクロ波発振器は、
好ましくは産業用実用周波数である２．４５ＧＨｚ、マ
イクロ波出力電力５乃至１５ｋＷのものを２台用いる。
マイクロ波電力は連続可変として発生プラズマの密度を
調節するのが好ましい。

【００１９】図５はアーチ状ミラー磁場を形成させる磁
石配列の一例を示したもので、基板横方向（Ｙ軸）に４
個の磁石から成る列を基板進行方向（Ｘ軸）に２列配列
したものである。図５（ａ）は平面図、図５（ｂ）はＹ
軸に沿う断面図である。図６は磁石配列の例を示すもの
で、図６（ａ）は磁石を直交配列にした場合、図６
（ｂ）は磁石を斜交配列した場合を示す。図７は磁石配
列の一部分の斜視図で、アーチ状ミラー磁場の発生する
様子を例示的に示すものである。Ｘ方向の磁場強度分布
を調整するために必要に応じて磁極間にシムを挿入す
る。磁石の代表的な寸法は２０×５０×５０ｍｍであ
る。

【００２０】基板表面からマグネット配列上面までの距
離Ｈ₀は１５ｍｍ以下で、基板表面からアンテナ中心線
までの距離Ｈ₁は２５〜５０ｍｍである。

【００２１】基板下側表面からマグネット配列上面まで
の距離は５ｍｍ以上とする。マグネット配列を、このよ
うにターゲットとは反対側の基板面側に設けることによ
り、基板表面近傍の局部磁場形成が容易になるばかりで
なく、マグネットをスパッタリング汚染から完全に保護
することができる。

【００２２】基板の厚みは、基板の大きさに依存し、通
常１〜１５ｍｍである。ガラス基板においては、２．５
×３．７ｍのような大面積のものでは通常３〜１５ｍｍ
程度であり、比較的面積の小さいものでは通常１〜６ｍ
ｍ程度である。基板としては、ガラス、セラミックス、
プラスチックスに限らず、非鉄系の多くの金属材料を使
用することができる。また、下記のプラスチックフィル
ム又はシートを使用することもできる。

【００２３】支援プラズマの強度は、マイクロ波の発振
強度を変えて精密調整する。プラズマの強度はその分光
スペクトルにより直接モニタしてもよい。

【００２４】本発明では、アンテナ及びマグネット配列
を上述のように構成して、基板近傍のプラズマ（ＳＰ）
の密度を高密度に、且つ、基板幅に亘り均一にすること
ができる。また、そのＳＰプラズマ密度をマイクロ波入
力電力とアンテナの基板面からの高さを調節して、自由
に変えることができる。例えば、マイクロ波入力電力を
０〜１０ｋＷ連続可変とする。

【００２５】本発明において、真空チャンバー内の圧力
は、好ましくは０．０１〜３Ｐａ、より好ましくは０．
０１〜０．３Ｐａである。該圧力が１Ｐａ以上のとき
は、導波管内の圧力を好ましくは０．０１〜０．３Ｐ
ａ、より好ましくは０．３Ｐａ近傍に、例えば、真空ポ
ンプ等を用いて調節することが好ましい。

【００２６】本発明の構成によると、最大プラズマ密度
の実測値は１０^10〜11/ｃｍ³であり、これは従来のプラ
ズマ支援なしのスパッタリング装置における同位置の実
測値の約１０⁴倍高い。

【００２７】また、上記本発明のプラズマスパッタリン
グ法及び装置を使用して、プラスチックフィルム又はシ
ート（基板）上に薄膜を形成することができる。これに
より、例えば、ＴｉＯ₂のアナターゼ型結晶構造を有す
る薄膜をプラスチックフィルム又はシート上に施与する
ことができ、また、著しく良好な耐候性を有する無反射
膜をプラスチックフィルム又はシート上に施与すること
ができる。

【００２８】図１１は、上記のプラスチックフィルム又
はシート上に薄膜を形成するためのスパッタリング装置
の構造の一例を示すものであり、プラスチックフィルム
又はシートの進行方向に対して直角方向から見た側面図
である。該スパッタリング装置は、上記のスパッタリン
グ装置と基本的に同一の構成であり、これを中空の円筒
ロールの外周面上を走行するプラスチックフィルム又は
シート上への薄膜形成に応用したものである。該スパッ
タリング装置において、図１１に示したように、左側の
ロールから巻き取られたプラスチックフィルム又はシー
トは、中空の円筒ロール１０６の外周面上を搬送され
る。そして、中空の円筒ロールの所定位置において、マ
グネトロンカソード（ターゲット）から放出された金属
が該プラスチックフィルム又はシート上に施与される。
その後、該プラスチックフィルム又はシートは右側のロ
ールに巻き取られる。図１１では、マグネトロンカソー
ド１０２及びマグネット配列１０５は夫々１個である
が、所望により複数個、好ましくは２〜３個を並べるこ
とができる。これにより異なる種類の複数の薄膜をプラ
スチックフィルム又はシート上にコーティングすること
ができる。コーティングされる物質としては、例えば、
ＴｉＯ₂、ＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃等が挙げられる。各薄膜の
厚さは、用途等により適宜変更することができるが、通
常、３０〜３００ｎｍである。

【００２９】中空の円筒ロール１０６はプラスチックフ
ィルム又はシートを搬送するためのものであり、好まし
くは非強磁性体（常磁性体）、例えば、アルミニウム、
銅等により構成され得る。

【００３０】プラスチックフィルム又はシートの厚み
は、通常０．０１〜２．０ｍｍ、好ましくは０．０５〜
０．５ｍｍである。プラスチックフィルム又はシートと
しては、公知の材質のもの全てを使用することができ
る。例えば、ポリメタクリル酸メチル（ＭＭＡ）、ポリ
アクリル酸メチル、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデ
ン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレングリ
コール、ポリエチレンテレフタレート、ポリビニルブチ
ラール、ポリフッ化ビニル、ポリフッ化ビニリデン、ポ
リカーボネート等が挙げられる。

【００３１】

【実施例】

【実施例１】図８は、本発明による一実施例のプラズマ
支援スパッタリング薄膜製造装置の一部分を模式的に示
した斜視図である。ＡＲ1〜ＡＲ４は基板進行方向右側
のアンテナ配列、ＡＬ１〜ＡＬ４は基板進行方向左側の
アンテナ配列である。この装置は従来のスパッタリング
装置と同様な真空チャンバー７内に配置された。図９
は、図８に示す装置が真空チャンバー７内に配置された
場合の一部分の基板横方向断面図である。図１０は、基
板下方に配置されたマグネット配列の斜視図である。磁
石は、軟鉄製ヨークの上に基板横方向にＮｘ＝２０個が
幅３０００ｍｍに亘って配置され、基板進行方向（Ｙ軸
方向）にＮｙ＝４列を長さ４００ｍｍに亘って配置され
た。

【００３２】基板の寸法は２．５×３．７ｍ（幅３．７
ｍ）、厚みは６ｍｍで、基板の進行方向（Ｙ方向）標準
速度は１ｍ／分であった。

【００３３】磁石は寸法が２０×５０×５０ｍｍのもの
を、基板幅方向に２０個、基板進行方向に４列に配列し
たマグネット配列とした。磁石は、住友特殊金属製ＮＭ
Ｘ―４８の残留磁束が１．４Ｔのものであった。

【００３４】マイクロ波発振装置は東芝製ＴＭＧ−４９
１ＡＲの周波数が２．４５ＧＨｚ、出力５ｋＷのものが
２個である。導波管は東芝製ＷＲＪ―２の２０ｋＷ用が
２系統であった。

【００３５】マイクロ波電力計は、東芝製ＴＭＵ−６１
３Ａ入射反射電力モニタ用であった。

【００３６】通常用いられる排気装置（図示せず）を用
いて真空チャンバーの真空度を０．３Ｐａとした。

【００３７】アルゴンプラズマ生成用ガスを真空チャン
バー内に導入した。

【００３８】ＴｉＯ₂（アナターゼ結晶層を８０重量％
含む）膜が２５０ｎｍの厚さで、基板上に堆積した。

【００３９】

【実施例２】図１２は、プラスチックフィルム上に薄膜
を形成するための、本発明のプラズマ支援スパッタリン
グ薄膜製造装置の一部分を模式的に示した図である。図
１２の上図はプラスチックフィルム１０１の進行方向に
対して直角方向から見た側面図であり、かつ図１２の下
図は平面図である。ＡＲ1〜ＡＲ４は基板進行方向右側
のアンテナ配列、ＡＬ１〜ＡＬ４は基板進行方向左側の
アンテナ配列である。当該スパッタリングゾーン中に
は、マグネトロンカソード（スパッタリングターゲッ
ト：１０２）が設置されている。１０２はチタンであ
る。該マグネトロンカソードに対応する位置におけるプ
ラスチックフィルムの下側にマグネット配列（１０５）
が設置されている。該マグネット配列及びそれを構成す
る磁石は実施例１で使用したものと同じである。この装
置は従来のスパッタリング装置と同様な真空チャンバー
内に配置された。プラスチックフィルムは、図１１に示
したと同様の方法で中空の円筒ロール１０６上を搬送さ
れる。該中空の円筒ロール１０６はアルミニウム製であ
り、各寸法は、外径５００ｍｍ、内径４９０ｍｍ（厚さ
５ｍｍ）、幅３０００ｍｍであった。また、該中空の円
筒ロール内に冷却水が通された。

【００４０】プラスチックフィルムとしては、幅２．７
ｍ、厚み０．０５ｍｍのポリメタクリル酸メチルを使用
した。該プラスチックフィルムの進行方向の標準速度は
１０ｍ／分であった。

【００４１】マイクロ波発振装置（ＭＷＰＳ）、導波管
（ＷＧ）、マイクロ波電力計及び排気装置はいずれも実
施例１と同一のものを使用した。真空チャンバーの真空
度を０．３Ｐａとし、アルゴンプラズマ生成用ガスを真
空チャンバー内に導入した

【００４２】ＴｉＯ₂（アナターゼ結晶層）膜が４０ｎ
ｍの厚さでプラスチックフィルム上に堆積した。

【００４３】表１及び表２は、本発明と従来技術による
スパッタリング装置の比較を示したものである。

【００４４】

【表１】

【００４５】

【表２】

【００４６】

【発明の効果】本発明によれば、基板表面近傍に高密
度、均一且つ微調節を可能とすることができるので、従
来標準マグネトロンスパッタリング方式では得られなか
った、大面積の結晶化膜、ならびに、高品質膜、高緻密
膜、適正内部応力保持膜を得ることができる。

【００４７】本発明によって得られるガラス又はプラス
チック基板を用いることにより大面積の光活性窓材（光
触媒特性、超親水性を持つ高機能窓材）を得ることがで
きる。また、本発明によって得られるプラスチックフィ
ルム又はシートは、例えば、食品の包装、医薬品の包
装、医療機器等に有用である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるスパッタリング装置の構造の概略
を示す。

【図２】従来方式のスパッタリング装置の構造の概略を
示す。

【図３】典型的なインライン・マグネトロンプラズマス
パッタリングシステムの略図である。

【図４】本発明による基板横方向片側に配置したヘリカ
ルアンテナＡ１〜Ａ４の配列構成の一例を示す。

【図５】本発明による基板表面近傍にアーチ状ミラー磁
場を形成させる磁石配列の一例を示す。

【図６】本発明による磁石配列の例で、図（ａ）は磁石
を直交配列にした場合、図（ｂ）は磁石を斜交配列した
場合を示す。

【図７】本発明による磁石配列の一部分の斜視図で、ア
ーチ状ミラー磁場の発生する様子を例示的に示す。

【図８】本発明による１実施例のプラズマ支援スパッタ
リング薄膜製造装置の一部を模式的に示した斜視図であ
る。

【図９】図８に示す装置が真空チャンバー内に配置され
た場合の一部分の基板横方向断面図である。

【図１０】図８に示す装置で、基板下方に配置されるマ
グネット配列の斜視図である。

【図１１】プラスチックフィルム又はシート上に薄膜を
形成するための本発明のスパッタリング装置の構造の一
例を示すものであり、

【図１２】プラスチックフィルム上に薄膜を形成するた
めの、本発明のスパッタリング装置の一部分を模式的に
示した図である。

【符号の説明】

１：基板２：デュアルマグネトロンカソード３：デュアルマグネトロンカソード中の磁石４：マイクロ波用導波管５：マグネット配列６：基板搬送ロール７：真空チャンバー１０１：プラスチックフィルム又はシート（基板）１０２：デュアルマグネトロンカソード１０３：デュアルマグネトロンカソード中の磁石１０５：マグネット配列１０６：プラスチックフィルム又はシート搬送用中空ロ
ールＡ１〜Ａ８、ＡＲ1〜ＡＲ４、ＡＬ１〜ＡＬ４：マイク
ロ波放射用アンテナＳＰ：基板近傍のプラズマＴＰ：マグネトロンカソードのターゲット表面近傍のプ
ラズマ領域Ｋ₁、Ｋ_2、Ｋ：マグネット配列振動駆動装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者石井成行富山県射水郡小杉町黒河5180 富山県立大学内Ｆターム(参考） 4K029 AA11 AA25 BA46 BA48 CA05 DC43 DC46 DC48 KA03

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】マグネトロンカソードを内部に有する真
空チャンバー内でプラズマスパッタリングにより基板上
に薄膜を形成する方法において、（ａ１）複数の磁石か
ら成るマグネット配列を、上記基板の、上記マグネトロ
ンカソードとは反対側に配置して、上記基板の、上記マ
グネトロンカソード側の表面近傍に磁力線がアーチ状に
なるようにミラー磁場を形成してシート状のプラズマ保
持領域を作る工程、及び（ａ２）上記基板の進行方向と
直角方向の両側から基板の上記他方の側の表面近傍にマ
イクロ波を放射して上記領域に電子サイクロトロン共鳴
プラズマを発生させ、これを上記領域に保持して補強支
援プラズマとする工程を含むスパッタリング薄膜形成方
法。
【請求項２】（ａ３）上記マグネット配列を基板幅方
向に振動して、上記基板幅方向に亘って上記補強支援プ
ラズマを略均一にする工程を更に含む請求項１記載のス
パッタリング薄膜形成方法。
【請求項３】上記工程（ａ１）において、上記マグネ
ット配列を、上記基板の、上記マグネトロンカソードと
は反対側に配置することが、複数の磁石を上記基板進行
方向と略直角に一列に配置して磁石列を構成し、複数の
上記磁石列を互いに略平行に上記基板の進行方向に沿っ
て配置したことから成る請求項１又は２記載のスパッタ
リング薄膜形成方法。
【請求項４】上記工程（ａ２）において、マイクロ波
を放射することが、上記基板幅の両側にヘリカルアンテ
ナを複数対で配置して、上記基板の、上記マグネトロン
カソード側の表面上に基板面に沿って放射することから
成る請求項１〜３のいずれか一つに記載のスパッタリン
グ薄膜形成方法。
【請求項５】上記工程（ａ３）において、上記マグネ
ット配列を基板幅方向に振動することが、正弦波形状又
は三角波形状に周期的に振動することから成る請求項２
〜４のいずれか一つに記載のスパッタリング薄膜形成方
法。
【請求項６】上記基板が、真空チャンバー内を略水平
又は略垂直乃至垂直から２０度傾いた状態で搬送される
請求項１〜５のいずれか一つに記載のスパッタリング薄
膜形成方法。
【請求項７】マグネトロンカソードを内部に有する真
空チャンバー内でプラズマスパッタリングによりプラス
チックフィルム又はシート上に薄膜を形成する方法にお
いて、（ａ０）上記プラスチックフィルム又はシート
を、中空の円筒ロールを回転することにより、その外周
面上を搬送せしめる工程、（ａ１）複数の磁石から成る
マグネット配列を、上記中空の円筒ロールの内側かつ内
周面近傍に該中空の円筒ロールと独立して配置して、上
記プラスチックフィルム又はシートの、上記マグネトロ
ンカソード側の表面近傍に磁力線がアーチ状になるよう
にミラー磁場を形成してシート状のプラズマ保持領域を
作る工程、及び（ａ２）上記プラスチックフィルム又は
シートの進行方向と直角方向の両側から、上記プラスチ
ックフィルム又はシートの、上記マグネトロンカソード
側の表面近傍にマイクロ波を放射して上記領域に電子サ
イクロトロン共鳴プラズマを発生させ、これを上記領域
に保持して補強支援プラズマとする工程を含むスパッタ
リング薄膜形成方法。
【請求項８】（ａ３）上記マグネット配列を、上記プ
ラスチックフィルム又はシートの幅方向に振動して、上
記プラスチックフィルム又はシートの幅方向に亘って上
記補強支援プラズマを略均一にする工程を更に含む請求
項７記載のスパッタリング薄膜形成方法。
【請求項９】上記工程（ａ１）において、上記マグネ
ット配列を、上記中空の円筒ロールの内側かつ内周面近
傍に配置することが、複数の磁石を上記プラスチックフ
ィルム又はシートの進行方向と略直角に一列に配置して
磁石列を構成し、複数の上記磁石列を互いに略平行に上
記プラスチックフィルム又はシートの進行方向に沿って
配置したことから成る請求項７又は８記載のスパッタリ
ング薄膜形成方法。
【請求項１０】上記工程（ａ２）において、マイクロ
波を放射することが、上記プラスチックフィルム又はシ
ートの幅の両側にヘリカルアンテナを複数対で配置し
て、上記プラスチックフィルム又はシートの上記表面上
に、上記プラスチックフィルム又はシート面に沿って放
射することから成る請求項７〜９のいずれか一つに記載
のスパッタリング薄膜形成方法。
【請求項１１】上記工程（ａ３）において、上記マグ
ネット配列を上記プラスチックフィルム又はシートの幅
方向に振動することが、正弦波形状又は三角波形状に周
期的に振動することから成る請求項８〜１０のいずれか
一つに記載のスパッタリング薄膜形成方法。
【請求項１２】プラズマスパッタリング用マグネトロ
ンカソードを内部に含む真空チャンバーを有し、表面に
薄膜が形成される基板と上記マグネトロンカソードのタ
ーゲットとの間にプラズマ形成空間が形成される成膜装
置において、上記基板の、上記マグネトロンカソードと
は反対の側に配置された、複数の磁石から成るマグネッ
ト配列、及び上記基板の進行方向と直角方向の基板幅の
両側に配置された、一対又は複数対のマイクロ波アンテ
ナを有する成膜装置。
【請求項１３】上記マグネット配列を上記基板幅方向
に振動させる駆動装置を更に有する請求項１２記載の成
膜装置。
【請求項１４】上記マイクロ波アンテナがヘリカルア
ンテナである請求項１２又は１３記載の成膜装置。
【請求項１５】上記マグネット配列が、上記基板に平
行な平面上に縦横の行列に配列された複数の磁石から成
る請求項１２〜１４のいずれか一つに記載の成膜装置。
【請求項１６】上記マグネット配列が、上記基板進行
方向に隣り合う磁石列が互いに基板幅方向にずれている
ことから成る請求項１５記載の成膜装置。
【請求項１７】上記マグネット配列を上記基板幅方向
に振動させる駆動装置が、上記基板の両側にそれぞれ配
置されることから成る請求項１２〜１６のいずれか一つ
に記載の成膜装置。
【請求項１８】上記マグネット配列を上記基板幅方向
に振動させる駆動装置が、上記マグネット配列を正弦波
形状又は三角波形状に周期的に振動させることから成る
請求項１２〜１７のいずれか一つに記載の成膜装置。
【請求項１９】上記基板が、真空チャンバー内に略水
平又は略垂直乃至垂直から２０度傾いた状態で配置され
る請求項１２〜１８のいずれか一つに記載の成膜装置。
【請求項２０】プラズマスパッタリング用マグネトロ
ンカソードを内部に含む真空チャンバーを有し、表面に
薄膜が形成されるプラスチックフィルム又はシートと上
記マグネトロンカソードのターゲットとの間にプラズマ
形成空間が形成される成膜装置において、上記プラスチ
ックフィルム又はシートを、中空の円筒ロールを回転す
ることにより、その外周面上を搬送せしめる該中空の円
筒ロール、上記中空の円筒ロールの内側かつ内周面近傍
に該中空の円筒ロールと独立して配置された、複数の磁
石から成るマグネット配列、及び上記プラスチックフィ
ルム又はシートの進行方向と直角方向の上記プラスチッ
クフィルム又はシート幅の両側に配置された、一対又は
複数対のマイクロ波アンテナを有する成膜装置。
【請求項２１】上記マグネット配列を上記プラスチッ
クフィルム又はシート幅方向に振動させる駆動装置を更
に有する請求項２０記載の成膜装置。
【請求項２２】上記マイクロ波アンテナがヘリカルア
ンテナである請求項２０又は２１記載の成膜装置。
【請求項２３】上記マグネット配列が、上記プラスチ
ックフィルム又はシートに平行な平面上に縦横の行列に
配列された複数の磁石から成る請求項２０〜２２のいず
れか一つに記載の成膜装置。
【請求項２４】上記マグネット配列が、上記プラスチ
ックフィルム又はシートの進行方向に隣り合う磁石列が
互いにプラスチックフィルム又はシート幅方向にずれて
いることから成る請求項２３記載の成膜装置。
【請求項２５】上記マグネット配列を上記プラスチッ
クフィルム又はシート幅方向に振動させる駆動装置が、
上記プラスチックフィルム又はシートの両側にそれぞれ
配置されることから成る請求項２０〜２４のいずれか一
つに記載の成膜装置。
【請求項２６】上記マグネット配列を上記プラスチッ
クフィルム又はシート幅方向に振動させる駆動装置が、
上記マグネット配列を正弦波形状又は三角波形状に周期
的に振動させることから成る請求項２０〜２５のいずれ
か一つに記載の成膜装置。